Газовая турбина Хольцварта
| Газовая турбина Хольцварта | |
|---|---|
 Прототип газовой турбины Хольцварта на испытательном стенде в мастерской братьев Кёртинг в 1908 году. | |
| Классификация | Газовая турбина |
| Приложение | Производство электроэнергии |
| Источник топлива | Угольный газ , доменный газ , мазут или угольная пыль |
| изобретатель | Ганс Хольцварт |
| Изобретенный | 1908 |
| Всего единиц | 8 одноступенчатых 2 двухступенчатых |
| Производители | Братья Кёртинг , Тиссен и Браун Бовери |
Газовая турбина Хольцварта представляет собой разновидность газовой турбины взрыва или постоянного объема , в которой сгорание происходит циклически в камере сгорания, закрытой клапанами. Газовая турбина Хольцварта названа в честь ее разработчика доктора Ганса Хольцварта (1877-1953), который спроектировал несколько прототипов двигателей, использовавшихся для испытаний и экспериментальной эксплуатации в Германии и Швейцарии в период с 1908 по 1943 год. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Проектирование и разработка
[ редактировать ]В начале 20-го й века конструкторы по всей Европе работали над разработкой газовой турбины с постоянным потоком. Самой большой проблемой для первых пионеров была конструкция компрессора. Низкий КПД доступных в то время турбокомпрессоров означал, что компрессор потреблял всю энергию, подаваемую турбиной. В конструкции Хольцварта этой проблемы удалось избежать, поскольку сгорание происходило циклически в камерах сгорания, закрытых клапанами. Поскольку повышение давления происходило в герметичной камере сгорания, необходимости в компрессоре не было. [ 4 ]
Хольцварт разработал теоретическую концепцию своей газовой турбины в 1905 году, когда он был сотрудником компании Hooven-Owens-Rentschler в США. Хольцварт вернулся в Германию в 1908 году, где он спроектировал и построил машину мощностью 25 л.с. (19 кВт), работая на Thyssen & Co. Эта первая машина была изготовлена и испытана в Ганновере мастерской Кёртинга в и сейчас экспонируется в Немецком музее в Мюнхене . [ 1 ]
С 1909 года Хольцварт работал с Brown, Boveri & Cie над созданием готовой к продаже газовой турбины мощностью 1000 л.с. (746 кВт), однако мощность и эффективность оказались ниже ожиданий, и Браун Бовери отказался от проекта в 1912 году. [ 1 ] [ 4 ]
Хольцварт продолжал работать над своей конструкцией, работая главным инженером по газовым турбинам в Тиссене. В 1923 году прототип машины был доставлен на Прусскую государственную железную дорогу , где в течение нескольких лет использовался для привода генератора мощностью 350 кВт (469 л.с.). В течение этого периода проводились испытания с использованием топлива из угольной пыли , которое, как было установлено, нормально сгорало в камере сгорания, но выделяло частицы выхлопных газов, которые повреждали лопатки турбины. В 1927 году Ханс Хольцварт покинул Thyssen & Co и основал собственную компанию Holzwarth Gasturbinen GmbH. [ 1 ] [ 2 ]
В 1927 году Аурел Стодола испытал масляную газовую турбину Хольцварта мощностью 500 кВт (671 л.с.) и обнаружил, что только 8% энергии топлива преобразуется в механическую энергию . [ 1 ] Наблюдения за потерей отработанного тепла в рубашке с охлаждающей водой привели к разработке Брауном Бовери коммерчески успешных котлов Velox , что, в свою очередь, привело к разработке первых современных промышленных газовых турбин. [ 4 ]
С 1928 года Хольцварт снова сотрудничал с Брауном Бовери, чтобы построить версию своей газовой турбины с двумя последовательно соединенными камерами сгорания. В этих двухступенчатых машинах использовался компрессор с приводом от потоковой турбины, питание которой осуществлялось за счет испарения воды из рубашки охлаждающей воды. была установлена двухступенчатая машина с приводом от генератора мощностью 2000 кВт (2682 л.с.), В 1933 году на сталелитейном заводе Тиссена в Хамборне где она первоначально работала на мазуте , а затем на доменном газе . [ 4 ]
Последней газовой турбиной Хольцварта была экспериментальная машина мощностью 5000 кВт (6705 л.с.), построенная мангеймским заводом Брауна Бовери в 1938 году для сталелитейного завода в Хамборне. Топливом для сгорания служил доменный газ, сжатый примерно до 6 бар (87 фунтов на квадратный дюйм). Газовая турбина имела клапаны с гидравлическим приводом, работавшие со скоростью 60-100 циклов в минуту. Установка эксплуатировалась нечасто и не входила в штатное оборудование сталелитейного завода. В 1943 году газовая турбина была повреждена во время бомбардировки союзников , после чего дальнейшие испытания не проводились. После окончания Второй мировой войны интерес к конструкции Хольцварта снизился, и дальнейших единиц не было построено. [ 2 ]
Операция
[ редактировать ]
Взрывная камера (А) периодически заполняется богатой смесью, подаваемой из газовой камеры (В) и воздушной камеры (В). Смесь воспламеняется от искры, после чего взрыв смеси вызывает увеличение давления, открывающее клапан сопла (F), позволяя сжатым газам течь через сопло (G) к турбинному колесу (Н), на котором происходит работа. предстоит выполнить. Проходя через сопло, газы расширяются до давления выхлопа (J). Клапан сопла (F) остается открытым благодаря свежему воздуху во время расширения и последующей продувки и охлаждения. [ 5 ] [ 6 ]
Когда расширение завершено, воздух вдувается или втягивается под небольшим давлением через клапан (D). Этот продувочный воздух выбрасывает остатки газов, оставшиеся в камере сгорания. через сопло в выхлоп, после чего клапан сопла и воздушный клапан (D) принудительно закрываются. В этот момент камера сгорания (А) заполняется чистым, относительно холодным воздухом, в который через клапан (Е) вдувается чистое топливо (газ или распыленное масло), образуя взрывоопасную смесь, которая воспламеняется искрой. Чтобы сделать передаваемые турбинному колесу импульсы более равномерными, вокруг турбинного колеса (Н) по кругу расположены несколько работающих поочередно камер сгорания. [ 5 ] [ 6 ]
В ранних машинах Holzwarth газ и воздух подавались при относительно низком давлении около 0,1–1 бар (1–15 фунтов на квадратный дюйм). [ 5 ] в более поздних моделях использовался газовый компрессор для подачи топлива под давлением до 6 бар (87 фунтов на квадратный дюйм). Газовый компрессор приводился в действие паровой турбиной, питаемой за счет испарения воды из рубашки охлаждения газовой турбины, что потребовало добавления блока поверхностного конденсатора . [ 3 ]
В двух газовых турбинах Хольцварта, построенных Брауном Бовери после 1928 года, использовались две ступени камер сгорания и «двухтактная» версия цикла, в которой впуск и выпуск газа происходили одновременно. [ 3 ] Первый этап включал окончательную загрузку камеры сгорания, взрыв, доставку тепла и энергии в парогенератор и газовую турбину. Второй этап включал продувку и предварительную зарядку. Остаточные выхлопные газы через экономайзер выбрасывались в атмосферу. [ 4 ]
Выживший пример
[ редактировать ]Этот первый прототип газовой турбины Хольцварта выставлен в Немецком музее в Мюнхене . [ 1 ]
-
Газовая турбина -
Раздел в разрезе
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Эккардт, Дитрих (2014). «3.3 - Газовая турбина Хольцварта». Газотурбинная электростанция . Ольденбург Верлаг Мюнхен. стр. 72–76. ISBN 9783486735710 .
- ^ Перейти обратно: а б с Кей, Энтони Л. (2002). «Хольцварт Гастурбинен ГмбХ». Разработка немецких реактивных двигателей и газовых турбин, 1930-1945 гг . Эйрлайф Паблишинг Лтд. стр. 193–194. ISBN 9781840372946 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мейер, Адольф (1939). «Газовая турбина внутреннего сгорания, ее история, развитие и перспективы» . Обзор Брауна Бовери . 26 . Баден, Швейцария: Браун Бовери и компания.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Ноак, Уолтер Дж. (1941). «Нагнетание давления, котел Velox и газовая турбина, обзор их происхождения и разработки, сделанный Брауном Бовери» (PDF) . Обзор Брауна Бовери . 28 . Баден, Швейцария: Браун Бовери и компания.
- ^ Перейти обратно: а б с «Что делают изобретатели». Научный американец . 106 (24): 543–544. 15 июня 1912 г.
- ^ Перейти обратно: а б Хольцварт, Ганс (1912). «1 – Общее описание газотурбинного процесса». Газовая турбина . Лондон, Великобритания: Чарльз Гриффин и компания. стр. 1–2.